Nghiên cứu và thiết kế hệ thống sấy tầng sôi công nghiệp phục vụ sấy quặng khoáng sản

Chuyên khảo phân tích Luận văn nghiên cứu thiết kế chế tạo hệ thống sấy tầng sôi công nghiệp phục vụ sấy quặng khoáng sản, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng nghiên

• Tác giả: Nguyễn Văn Chương
• Người hướng dẫn: KS. Phạm Văn Lành
• Trường học: Viện Công nghệ
• Chuyên ngành: Công nghệ sấy
• Đề tài: Nghiên cứu thiết kế hệ thống sấy tầng sôi công nghiệp cho quặng khoáng sản
• Loại tài liệu: báo cáo tổng kết đề tài
• Năm xuất bản: 2008
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• 1. PHẦN I: TỔNG QUAN HỆ THỐNG THIẾT BỊ SẤY
• 1.1. Quá trình sấy
• 1.2. Phân biệt quá trình sấy với một số quá trình làm khô khác
• 1.3. Các phương pháp sấy
• 1.4. Các loại thiết bị sấy
• 1.5. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
• 1.6. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
• 2. PHẦN II: KHÁI QUÁT VỀ NHIÊN LIỆU LỎNG
• 2.1. Dầu mỏ và tinh luyện dầu mỏ
• 2.2. Dầu mỏ (dầu thô) và thành phần của dầu mỏ
• 2.3. Các công nghệ tinh luyện dầu mỏ
• 2.4. Các sản phẩm từ tinh luyện dầu mỏ
• 2.5. Mazut và các đặc tính của mazut
• 2.6. Thành phần của mazut
• 2.7. Độ nhớt của mazut
• 2.8. Nhiệt độ bắt lửa của mazut
• 2.9. Nhiệt độ đông cứng của mazut
• 3. PHẦN III: TÍNH TOÁN SỰ CHÁY CỦA DẦU DO
• 3.1. Số liệu ban đầu
• 3.2. Tính toán sự cháy của nhiên liệu
• 3.3. Chuyển đổi thành phần nhiên liệu
• 3.4. Tính nhiệt trị thấp của nhiên liệu
• 3.5. Chọn hệ số tiêu hao không khí
• 3.6. Bảng tính toán sự cháy của nhiên liệu
• 3.7. Bảng cân bằng khối lượng
• 3.8. Tính khối lượng riêng của sản phẩm cháy
• 3.9. Tính nhiệt độ cháy của nhiên liệu
• 3.10. Các kết quả tính toán
• 4. PHẦN IV: CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LÒ SẤY TẦNG SÔI
• 4.1. Nguyên lý hình thành tầng sôi và đặc điểm lưu động của các hạt rắn khi hình thành tầng sôi
• 4.2. Nguyên lý hình thành tầng sôi
• 4.3. Tốc độ tới hạn, tốc độ bay bụi, tốc độ làm việc
• 4.4. Độ nhớt của lớp liệu trong tầng sôi
• 4.5. Thời gian lưu liệu sấy trong tầng sôi
• 4.6. Động học quá trình sấy
• 4.7. Đặc điểm diễn biến của quá trình sấy
• 4.8. Cấu tạo của thiết bị sấy tầng sôi
• 5. PHẦN V: TÍNH TOÁN NHIỆT CHO LÒ SẤY TẦNG SÔI
• 5.1. Nguyên lý hệ thống sấy bằng khói
• 5.2. Tính toán các thông số đặc trưng của khói
• 5.3. Tính toán các thông số đặc trưng của tác nhân sấy
• 5.4. Tính toán quá trình sấy lý thuyết
• 5.5. Tính và chọn cấu trúc của lò sấy tầng sôi
• 5.6. Tính sơ bộ các thông số động học của lò sấy tầng sôi
• 5.7. Tính toán các tổn thất nhiệt của lò sấy tầng sôi
• 5.8. Tính toán quá trình sấy thực tế
• 5.9. Tính lượng tác nhân sấy trong quá trình sấy thực tế
• 5.10. Kiểm tra lại số sôi ứng với lưu lượng TNS thực tế
• 6. PHẦN VI: CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ CỦA LÒ
• 6.1. Tính lượng tiêu hao không khí và chọn quạt gió
• 6.2. Tính lượng tiêu hao nhiên liệu và chọn mỏ đốt
• 6.3. Buồng đốt dầu DO
• 6.4. Hệ thống thu bụi xyclon
• 6.5. Ống khói
• 7. PHẦN VII: KẾT LUẬN
• Tài liệu tham khảo

Tóm tắt

I. Tổng quan hệ thống thiết bị sấy

Hệ thống thiết bị sấy đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất công nghiệp. Việc thiết kế hệ thống sấy phù hợp với từng loại sản phẩm là cần thiết để đảm bảo hiệu quả và chất lượng sản phẩm. Quá trình sấy là quá trình làm khô vật thể thông qua việc bay hơi chất lỏng, chủ yếu là nước. Để thực hiện quá trình này, cần có hai tác động cơ bản: cấp nhiệt cho vật ẩm và lấy hơi ẩm ra khỏi vật. Các phương pháp sấy hiện nay rất đa dạng, bao gồm sấy đối lưu, sấy bức xạ, và sấy tiếp xúc. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với từng loại sản phẩm và yêu cầu kỹ thuật khác nhau. Việc phân loại các phương pháp sấy theo cách cấp nhiệt và chế độ thải ẩm giúp cho việc lựa chọn thiết bị sấy phù hợp hơn.

1.1. Quá trình sấy

Quá trình sấy là quá trình làm khô vật thể bằng cách bay hơi chất lỏng. Đối tượng của quá trình này thường là các vật ẩm chứa nước hoặc dung môi hữu cơ. Để thực hiện quá trình sấy, cần cấp nhiệt cho vật ẩm để làm cho ẩm hóa hơi và sau đó lấy hơi ẩm ra khỏi vật. Có nhiều phương pháp sấy khác nhau, bao gồm sấy đối lưu, sấy bức xạ, và sấy chân không. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào loại sản phẩm và yêu cầu kỹ thuật cụ thể.

1.2. Các phương pháp sấy

Các phương pháp sấy hiện nay rất đa dạng, bao gồm sấy đối lưu, sấy bức xạ, và sấy tiếp xúc. Sấy đối lưu là phương pháp phổ biến nhất, sử dụng không khí nóng để làm khô vật liệu. Sấy bức xạ sử dụng nguồn bức xạ để cấp nhiệt cho vật liệu, trong khi sấy tiếp xúc sử dụng bề mặt nóng để truyền nhiệt. Mỗi phương pháp có những ứng dụng riêng, và việc lựa chọn phương pháp phù hợp là rất quan trọng để đảm bảo hiệu quả sấy cao nhất.

II. Khái quát về nhiên liệu lỏng

Nhiên liệu lỏng là một phần quan trọng trong quá trình sấy, đặc biệt là trong các lò sấy công nghiệp. Dầu mỏ và các sản phẩm tinh luyện từ dầu mỏ như dầu diezel và mazut thường được sử dụng làm nhiên liệu cho các lò sấy. Dầu mỏ là hỗn hợp của các nhóm hydrocacbon và có nhiều thành phần khác nhau. Việc tinh luyện dầu mỏ giúp thu được các sản phẩm có giá trị cao hơn, như xăng và dầu hỏa. Các công nghệ tinh luyện dầu mỏ bao gồm chưng cất phân đoạn và cracking, giúp tách các hợp chất có giá trị từ dầu thô.

2.1. Dầu mỏ và tinh luyện dầu mỏ

Dầu mỏ là nguồn nhiên liệu chính trong nhiều ngành công nghiệp. Tinh luyện dầu mỏ giúp thu được các sản phẩm như xăng, dầu diezel và mazut. Các phương pháp tinh luyện như chưng cất phân đoạn và cracking giúp tách các hợp chất có giá trị từ dầu thô. Việc sử dụng dầu mỏ trong các lò sấy công nghiệp không chỉ giúp tiết kiệm chi phí mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất.

2.2. Các sản phẩm từ tinh luyện dầu mỏ

Các sản phẩm từ tinh luyện dầu mỏ rất đa dạng và có nhiều ứng dụng trong công nghiệp. Xăng là sản phẩm quý giá nhất, được sử dụng rộng rãi trong giao thông vận tải. Dầu diezel và mazut cũng được sử dụng làm nhiên liệu cho các lò công nghiệp. Việc hiểu rõ về các sản phẩm này giúp cho việc lựa chọn nhiên liệu phù hợp trong quá trình sấy, từ đó nâng cao hiệu quả và giảm thiểu chi phí sản xuất.

III. Tính toán sự cháy của dầu DO

Tính toán sự cháy của dầu DO là một phần quan trọng trong thiết kế hệ thống sấy. Các thông số như nhiệt độ cháy, khối lượng riêng của sản phẩm cháy và tỷ lệ tiêu hao không khí cần được xác định chính xác để đảm bảo hiệu quả hoạt động của lò sấy. Việc tính toán này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sấy mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí thải từ quá trình cháy. Các bảng tính toán và số liệu ban đầu là cơ sở để thực hiện các tính toán này.

3.1. Số liệu ban đầu

Số liệu ban đầu là rất quan trọng trong việc tính toán sự cháy của dầu DO. Các thông số như nhiệt độ, áp suất và thành phần hóa học của nhiên liệu cần được xác định rõ ràng. Việc thu thập và phân tích số liệu này giúp cho việc tính toán trở nên chính xác hơn, từ đó nâng cao hiệu quả của quá trình sấy.

3.2. Tính toán sự cháy của nhiên liệu

Tính toán sự cháy của nhiên liệu là một bước quan trọng trong thiết kế lò sấy. Các thông số như nhiệt độ cháy, khối lượng riêng của sản phẩm cháy và tỷ lệ tiêu hao không khí cần được xác định chính xác. Việc này không chỉ giúp tối ưu hóa quy trình sấy mà còn giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí thải từ quá trình cháy.

Trích đoạn nội dung tài liệu

đặt vấn đề với Viện Công nghệ nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hoàn chỉnh đồng bộ lò sấy tầng sôi sấy quặng khoáng sản, phục vụ cho nhu cầu phát triển của Tổng Công ty. Mục đích chế tạo ra thiết bị sấy tầng sôi, công suất khác nhau như 7tấn, 10tấn đến 12tấn/giờ thay thế hàng nhập khẩu. Trên cơ sở đã có mẫu lò sấy tầng sôi 10tấn/giờ nhập khẩu từ AUTRALIA, việc chế tạo được thiết bị trong nước, đạt yêu cầu kỹ thuật thay thế nhập khẩu với giá thành thấp hơn giá nhập khẩu dự kiến bằng 50-60%. Làm được như vậy sẽ mang lại hiệu quả kinh tế cao, chủ động được trong việc sử dụng, vận hành thiết bị không phụ thuộc vào điều kiện nước ngoài.

Với quan điểm trên Viện Công nghệ đã triển khai đề tài Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo hệ thống sấy tầng sôi công nghiệp phục vụ sấy quặng khoáng sản và việc thực hiện đề tài này không dừng lại ở việc nghiên cứu mà đã tạo ra được hợp đồng kinh tế cung cấp thiết bị sấy tầng sôi công suất 10tấn/giờ lắp đặt tại Tổng Công ty Khoáng sản và Thương mại Hà Tĩnh. Hiện tại thiết bị đang được sử dụng ổn định phục vụ sản xuất cho công nghệ sấy quặng khoáng sản. 11 PHẦN II: KHÁI QUÁT VỀ NHIÊN LIỆU LỎNG 2. Dầu mỏ và tinh luyện dầu mỏ Nhiên liệu lỏng có thể là nhiên liệu lỏng thiên nhiên hoặc nhiên liệu lỏng nhân tạo.

Nhiên liệu lỏng thiên nhiên là dầu thô (dầu mỏ chưa được chế biến). Nhiên liệu lỏng nhân tạo là các sản phẩm thu được khi tinh luyện dầu thô. Ví dụ: xăng, dầu hoả, dầu diezel (dầu DO), dầu madút (dầu FO). Trong các lò công nghiệp: dầu DO, dầu FO.

được coi là nhiên liệu đốt 2.1 Dầu mỏ (dầu thô) và thành phần của dầu mỏ Dầu mỏ là hỗn hợp của các nhóm hydrocacbon. Trong dầu mỏ có các hợp chất sunphua, nitrua và oxy. Trong dầu mỏ, hydrocacbon thuộc ba nhóm chính: * Nhóm metan (nhóm parafin): công thức tổng quát CnH2n + 2 * Nhóm naptalin (nhóm băng phiến): công thức tổng quát là CnH2n * Nhóm benzen (nhóm thơm): công thức tổng quát là CnH2n – 6 Thành phần nguyên tố của dầu mỏ được trình bày ở bảng 2.1: Thành phần nguyên tố của dầu mỏ Nguyên tố C H S O2 và N2 Thành phần [%] 84 ÷ 85 12 ÷ 14 0,03 ÷ 4,3 0,5 ÷ 1,7 Hàm lượng tro trong dầu mỏ rất thấp và không đáng kể (0,1% ÷ 0,3%). Hàm lượng tro thấp vì các chất khoáng không hoà tan trong dầu mỏ.

Khối lượng riêng của dầu mỏ dao động trong khoảng rộng: từ 0,75kg/l đến 1kg/l. Nhiệt trị của dầu mỏ dao động từ 41000 kJ/kg đến 44000 kJ/kg. Khối lượng của dầu mỏ càng nhỏ thì dầu mỏ đó có nhiệt trị càng lớn. Các công nghệ tinh luyện dầu mỏ Trong công nghiệp, dầu thô không được sử dụng làm nhiên liệu vì hai lý do sau : * Nhiệt độ bắt lửa của dầu thô thấp.

* Nếu đốt dầu thô sẽ không kinh tế vì khi tinh luyện dầu thô, người ta sẽ thu được những sản phẩm có giá trị quí hơn dầu thô. Các phương pháp tinh luyện dầu mỏ: a. Chưng cất phân đoạn trực tiếp: Chưng cất phân đoạn trực tiếp để làm thoát ra từ dầu thô các hợp chất. Các hợp chất này không thay đổi cấu trúc và tính chất so với khi còn ở trong dầu thô.

Cracking dầu mỏ: Ta nung nóng dầu mỏ tới khoảng 4500C ÷ 6500C, ở nhiệt độ này, các cacbuahydro sẽ bị phân huỷ nhiệt và tạo ra các cacbuahydro có cấu trúc đơn giản hơn. Kết quả của Cracking dầu mỏ ta thu được các hợp chất mới. 12 Dầu thô Thiết bị chưng cất phân đaọn Mazut kiểu chùm ống; P = 1 bar (Phần còn lại) Chưng cất phân đoạn trực tiếp với PCK ( P< P0 ) Xăng Ligroin Dầu hỏa Diezel Dầu Mỡ Nhựa bôi bôi đường trơn trơn Hình 2. Sơ đồ tinh luyện dầu mỏ theo công nghệ chưng cất phân đoạn trực tiếp đối với dầu mỏ chứa nhiều chất sáng (nhóm mêtan) Nhiệt độ sôi và khối lượng riêng của các sản phẩm thu được khi chưng cất phân đoạn được trình bày trong bảng 2.2: Giới hạn sôi và khối lượng riêng của một số chất Khi chưng cất phân đoạn với áp suất P = 1 [bar].

Giới hạn sôi Khối lượng riêng Sản phẩm chưng cất dầu thô [oC] [kg/dm3] Xăng dùng cho máy bay 40 ÷ 150 0,71 ÷ 0,74 Xăng dùng cho ôtô, xe máy 50 ÷ 200 0,73 ÷ 0,76 Nhóm ligroin 100 ÷ 240 0,77 ÷ 0,79 13 Nhóm dầu hỏa 200 ÷ 320 0,80 ÷ 0,83 Dầu diezel (Dầu DO) 230 ÷ 360 0,84 ÷ 0,88 * Thực hiện quá trình hydro hoá để thay đổi cấu trúc của dầu madút. Theo công nghệ này thì gần như là toàn bộ khối lượng của dầu madút được chuyển hoá thành các sản phẩm nhẹ. * Quá trình nhiệt phân dầu mỏ: Đó là quá trình phân huỷ toả nhiệt xảy ra ở khoảng nhiệt độ 6700C - 7500C trong điều kiện áp suất khí quyển và tạo ra các hợp chất hoá học mới (chủ yếu là nhóm benzen). Các sản phẩm của quá trình nhiệt phân là : * Gas chiếm 50% khối lượng dầu đem nhiệt phân.

Gas này có nhiệt trị 44000 - 48000 [kJ / mtc3 ]. * Nhựa hắc ín và các sản phẩm rắn (thường gọi là cốc dầu mỏ), mồ hóng. Chế biến gas ta thu được xăng nhân tạo có hàm lượng octan cao và nhiều chất hoá học quý. Chưng cất nhựa hắc ín ta thu được benzen, totylxilen (CH3C6H4), dimêtinbenzen (CH3 (C6H4)2) v.

Chất còn lại, sau khi chưng cất nhựa hắc ín là nhựa dầu mỏ (nhựa đường dạng cứng). Các sản phẩm từ tinh luyện dầu mỏ 2. Xăng (benzin) Xăng là sản phẩm quý nhất khi tinh luyện dầu mỏ. Xăng là nhóm hydrocacbon có nhiệt độ sôi thấp nhất, nhiệt độ sôi của xăng máy bay nằm trong khoảng 400C - 1500C, nhiệt độ sôi của xăng ôtô, môtô nằm trong khoảng 500C - 2000C (áp suất 1 bar).

Khối lượng riêng của xăng dao động từ 0,71 đến 0,76 [kg/dm3]. Ligroin và dầu hỏa Ligroin và dầu hoả, được sử dụng làm nhiên liệu đốt cho các loại máy kéo. Nhiệt trị của ligroin và dầu hoả thấp hơn nhiệt trị của dầu mỏ. Nhiệt trị của dầu hoả khoảng 43000 kJ/kg.

Mazut và các đặc tính của mazut Mazut là tên gọi chung cho chất còn lại sau khi chưng cất phân đoạn trực tiếp hoặc cracking dầu mỏ. Mazut được sử dụng làm nhiên liệu đốt. Thành phần của mazut. Thành phần nguyên tố chủ yếu của mazut là cacbon và hydro.

Cacbon và hydro trong dầu mazut tồn tại dưới dạng hợp chất của cacbuahydro. Ngoài cacbon và hydro còn có 14 oxy, nitơ, lưu huỳnh, tro, nước (ẩm). Thành phần nguyên tố của mazut được giới thiệu trong bảng 2.3: Thành phần nguyên tố của mazut Thành phần [%] Nguyên tố Cc Hc Oc + Nc Ak Wd [%] 86,3 ÷ 87,7 10,7 ÷ 12,5 0,6 ÷ 1,0 0,11 ÷0,25 0 ÷ 10 Nhiệt trị của madút thấp hơn nhiệt trị của dầu hoả. Q mazut = 40600 ÷ 42000 [kJ/kg] t Mazut được sử dụng làm nhiên liệu đốt cho các lò công nghiệp.

Chất lượng của dầu mazut được đánh giá thông qua các thông số đặc trưng: khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt độ bắt lửa, nhiệt độ đông cứng. Độ nhớt của mazut. Độ nhớt hay còn gọi là ma sát trong. Độ nhớt là đặc tính của chất lỏng có tính đối lập với tính linh động, có nghĩa là đặc tính cản lại sự chuyển động của các phần tử chất lỏng khi có lực tác động.

Thiết bị để đo độ nhớt được gọi là nhớt kế hoặc là máy đo độ nhớt. Độ nhớt của dầu mazut lớn hơn nhiều lần độ nhớt của nước. Độ nhớt đo bằng độ 0BY của mazut là tỷ số thời gian chảy của 200 cm3 mazut ở nhiệt độ đo và của 200 cm3 nước ở nhiệt độ 200C. Giá trị của tỷ số này khi nhiệt độ của mazut bằng 500C được dùng làm nhãn hiệu (mác) cho mazut.

Ví dụ mazut có mác là M100, ta hiểu là tỷ số chảy của 200cm3 dầu mazut ở 500C và của 200 cm3 nước ở 200C bằng 100 lần khi chảy trong cùng một đường ống. Mặc dù đơn vị đo độ nhớt 0BY như trình bày ở trên không phải là độ nhớt thực của mazut, nhưng trong công nghiệp lại được sử dụng khá phổ biến vì xác định nhanh, dễ dàng mà vẫn phản ánh được tính nhớt của mazut. Độ nhớt thực của mazut: - Độ nhớt động học γ [m2/s] hay [St] (Stokes) ⎡ N.s ⎤ - Độ nhớt động lực học µ ⎢⎣ m 2 ⎥⎦ hay [Poise] - µ = γ.ρ - ρ: là khối lượng riêng của mazut [kg/dm3] 15 2. Nhiệt độ bắt lửa của mazut.

Nhiệt độ bắt lửa là nhiệt độ, mà ở nhiệt độ này hơi của mazut hoà trộn với không khí có thể bắt lửa và cháy ở gần ngọn lửa khác. Nhiệt độ bắt lửa của mazut vào khoảng 185 - 243 [0C]. Nhiệt độ bắt lửa càng cao thì khả năng nung nóng mazut càng an toàn. Nhiệt độ bắt lửa thấp hơn nhiệt độ bốc cháy.

Nhiệt độ bốc cháy là nhiệt độ mà ở đó, chất lỏng tự bốc cháy. Nhịêt độ đông cứng của mazut. Nhịêt độ đông cứng của mazut là một thông số rất quan trọng để đánh giá chất lượng của dầu mazut. Nhiệt độ đông cứng của mazut là nhiệt độ mà ở đó mazut mất đi tính linh động và trở sang trạng thái rắn.

Nhiệt độ đông cứng của mazut càng cao thì càng khó khăn trong việc vận chuyển và bảo quản mazut. Về mùa đông trời lạnh, mazut trở lên đông cứng ngay trong thùng chứa và trong đường ống dẫn. Để khắc phục điều này, mazut có độ nhớt cao thường được nung nóng tới nhiệt độ 900C - 1200C. Mazut mác M10 có nhiệt độ đông cứng khoảng 50C, mazut mác M80 có nhiệt độ đông cứng bằng 250C.

Những mazut có mác càng lớn thì nhiệt độ đông cứng của chúng càng cao (25 - 340C) và không có lợi khi sử dụng. 16 PhÇn III: TÝNH To¸n Sù CH¸Y CñA DÇU DO 3. Sè liÖu ban ®Çu 1. Nhiªn liÖu: DÇu Diezel (dÇu DO ) 2.

Thµnh phÇn cña dÇu DO: (Theo sè liÖu trung b×nh [1]) Thµnh phÇn cña dÇu DO [%] ChÊt Cd Hd Od Nd Sd Ad Wd Thµnh phÇn khèi l−îng [%] 86,5 10,5 0,2 0,4 0,3 0,3 1,8 3. NhiÖt ®é nung tr−íc nhiªn liÖu: DÇu DO kh«ng cÇn nung nãng, vËy tFO = 27 [OC] 4. NhiÖt ®é nung tr−íc kh«ng khÝ: Kh«ng khÝ kh«ng nung tr−íc nªn nhiÖt ®é: tKK = 27 [0C] 5. Lo¹i lß: Lß sÊy tÇng s«i ®Ó sÊy c¸t kho¸ng sái cã cì h¹t 50 µm ÷ 3 mm 3.

TÝnh to¸n sù ch¸y cña nhiÖn liÖu 3.